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CN113285606A - 电源装置 - Google Patents

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CN113285606A
CN113285606A CN202110190233.2A CN202110190233A CN113285606A CN 113285606 A CN113285606 A CN 113285606A CN 202110190233 A CN202110190233 A CN 202110190233A CN 113285606 A CN113285606 A CN 113285606A
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CN
China
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switching element
semiconductor switching
current
winding
power supply
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Withdrawn
Application number
CN202110190233.2A
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English (en)
Inventor
神田圭辅
伊藤聪
吉满翔大
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Yazaki Corp
Original Assignee
Yazaki Corp
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Publication date
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Abstract

本发明提供能够抑制开关损耗的电源装置。在电源装置(1)中，1次绕组(TR1)与软开关控制的对象的FET(Q3，Q4)的漏‑源极端子中的调整该漏‑源极端子的电位的一侧的端子即源极端子(s3)以及漏极端子(d4)连接。控制部(60)在由电流检测部(50)检测出的电流值为预订的基准电流值以下的情况下，使由于平滑电路(40)的线圈(L)和电容(C)的谐振而逆流的电流经由整流电路(30)而流向2次绕组(TR2)，利用流过2次绕组(TR2)的电流使电流流向1次绕组(TR1)，从而将软开关控制的对象的FET(Q3，Q4)的漏‑源极端子的电位差调整为设定电位差以下，将该开关控制的对象的FET从截止切换为导通。

Description

电源装置
技术领域
本发明涉及一种电源装置。
背景技术
以往，作为电源装置，例如在专利文献1中记载了对从直流电源供给的电力的电压进行变压而向负载部供给电力的DC/DC转换器。该DC/DC转换器具备：逆变器电路，其被软开关控制，将从直流电源供给的直流电力转换为交流电力；变压器，其对经逆变器电路转换后的交流电力进行变压；整流电路，其将由变压器变压后的交流电力整流为直流电力；平滑电抗器，其使由整流电路整流后的直流电力平滑；以及谐振电抗器，其设置于逆变器电路和变压器之间。DC/DC转换器在软开关中通过蓄积在上述谐振电抗器中的能量来进行零电压开关(ZVS；Zero Voltage Switching)。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2016-135003号公报
发明内容
发明欲解决的技术问题
然而，上述的专利文献1所记载的DC/DC转换器例如在从直流电源向负载部供给的电力较少的情况下，无法在谐振电抗器中蓄积足够的能量，因此无法进行零电压开关，有可能导致开关损耗。
因此，本发明是鉴于上述情况而完成的，其目的在于提供一种能够抑制开关损耗的电源装置。
用于解决问题的技术手段
为了解决上述问题，实现目的，本发明涉及的电源装置的特征在于，具备：直流电源，所述直流电源供给直流电力；开关电路，所述开关电路具有多个半导体开关元件，所述半导体开关元件将由所述直流电源供给的所述直流电力转换为交流电力；变压器，所述变压器具有对利用所述开关电路转换后的所述交流电力进行变压的1次绕组和2次绕组，所述1次绕组与所述开关电路连接；整流电路，所述整流电路与所述2次绕组连接，将利用所述变压器变压后的交流电力整流成直流电力；平滑电路，所述平滑电路具有使利用所述整流电路整流后的所述直流电力平滑的线圈和电容器；电流检测部，所述电流检测部对利用所述平滑电路平滑后的直流电力的电流进行检测；以及控制部，所述控制部基于所述电流检测部的检测结果来控制所述开关电路和所述整流电路并且进行软开关控制，所述软开关控制将所述半导体开关元件的输入输出端子的电位差调整为预定的设定电位差以下，以使该半导体开关元件从截止切换为导通，所述1次绕组与所述软开关控制的对象的所述半导体开关元件的所述输入输出端子中的、该输入输出端子的电位被调整的一侧的端子连接，在由所述电流检测部检测到的电流值为预定的基准电流值以下的情况下，所述控制部使由于所述线圈和所述电容器的谐振而逆流的电流经由所述整流电路而流向所述2次绕组，利用流过所述2次绕组的电流使电流流向所述1次绕组，从而将所述软开关控制的对象的所述半导体开关元件中的输入输出端子的电位差成为所述设定电位差以下，以使该软开关控制的对象的所述半导体开关元件从截止切换为导通。
在上述电源装置中，优选为，所述电源装置还具备与所述1次绕组连接的电感器，在利用所述电流检测部检测出的电流值超过所述基准电流值的情况下，所述控制部利用所述电感器的作用而将所述软开关控制的对象的所述半导体开关元件中的输入输出端子的电位差调整为所述设定电位差以下，以使该软开关控制的对象的所述半导体开关元件从截止切换为导通。
在上述电源装置中，优选为，所述开关电路中，作为多个所述半导体开关元件而具有第1半导体开关元件、第2半导体开关元件、第3半导体开关元件以及第4半导体开关元件，所述第1半导体开关元件的第1源极端子和所述第2半导体开关元件的第2漏极端子连接，所述第3半导体开关元件的第3源极端子和所述第4半导体开关元件的第4漏极端子连接，所述第1半导体开关元件的第1漏极端子和所述第3半导体开关元件的第3漏极端子连接，所述第2半导体开关元件的第2源极端子和所述第4半导体开关元件的第4源极端子连接，将所述第1漏极端子与所述第3漏极端子连接的连接线和所述直流电源的正极连接，将所述第2源极端子与所述第4源极端子连接的连接线和所述直流电源的负极连接，将所述第1源极端子与所述第2漏极端子连接的连接线和所述1次绕组的一端连接，将所述第3源极端子与所述第4漏极端子连接的连接线和所述1次绕组的另一端连接，在从已将所述第1半导体开关元件和所述第3半导体开关元件导通且已将所述第2半导体开关元件和所述第4半导体开关元件截止的状态而将所述第3半导体开关元件截止且将所述软开关控制的对象的所述第4半导体开关元件导通时，在利用所述电流检测部检测出的电流值在所述基准电流值以下的情况下，所述控制部使所述第3半导体开关元件截止，并使由于所述线圈及所述电容器的谐振而逆流的电流经由所述整流电路而流向所述2次绕组，利用流过所述2次绕组的电流使电流流向所述1次绕组，从而使所述软开关控制的对象的所述第4半导体开关元件的所述第4漏极端子的电压下降，并将所述第4漏极端子和所述第4源极端子的电位差调整为所述设定电位差以下，以使所述软开关控制的对象的所述第4半导体开关元件从截止切换为导通。
在上述电源装置中，优选为，所述开关电路中，作为多个所述半导体开关元件而具有第1半导体开关元件、第2半导体开关元件、第3半导体开关元件以及第4半导体开关元件，所述第1半导体开关元件的第1源极端子和所述第2半导体开关元件的第2漏极端子连接，所述第3半导体开关元件的第3源极端子和所述第4半导体开关元件的第4漏极端子连接，所述第1半导体开关元件的第1漏极端子和所述第3半导体开关元件的第3漏极端子连接，所述第2半导体开关元件的第2源极端子和所述第4半导体开关元件的第4源极端子连接，将所述第1漏极端子与所述第3漏极端子连接的连接线和所述直流电源的正极连接，将所述第2源极端子与所述第4源极端子连接的连接线和所述直流电源的负极连接，将所述第1源极端子与所述第2漏极端子连接的连接线和所述1次绕组的一端连接，将所述第3源极端子与所述第4漏极端子连接的连接线和所述一次绕组的另一端连接，在从已将所述第2半导体开关元件以及所述第4半导体开关元件导通且已将所述第1半导体开关元件以及所述第3半导体开关元件截止的状态而将所述第4半导体开关元件截止且将所述软开关控制的对象的所述第3半导体开关元件导通时，在由所述电流检测部检测出的电流值为所述基准电流值以下的情况下，所述控制部将所述第4半导体开关元件截止，并使由于所述线圈及所述电容器的谐振而逆流的电流经由所述整流电路而流向所述2次绕组，利用流过所述2次绕组的电流使电流流向所述1次绕组，从而使所述软开关控制的对象的所述第3半导体开关元件的所述第3源极端子的电压上升，并将所述第3漏极端子和所述第3源极端子的电位差调整为所述设定电位差以下，以使所述软开关控制的对象的所述第3半导体开关元件从截止切换为导通。
发明效果
本发明所涉及的电源装置即使在流向负载部的电流相对较小的情况下，也能够将半导体开关元件的输入输出端子的电位差调整为0V来切换半导体开关元件。由此，电源装置能够适当地进行零电压开关，其结果，能够抑制开关损耗。
附图说明
图1是示出第1实施方式涉及的电源装置的结构例的电路图。
图2是示出第1实施方式涉及的电源装置的第1工作例的电路图。
图3是示出第1实施方式涉及的电源装置的第2工作例的电路图。
图4是示出第1实施方式涉及的电源装置的第3工作例的电路图。
图5是示出第1实施方式涉及的电源装置的第4工作例的电路图。
图6是示出第1实施方式涉及的电源装置的第1～第4工作例的时序图。
图7是示出第1实施方式涉及的电源装置的第5工作例的电路图。
图8是示出第1实施方式涉及的电源装置的第6工作例的电路图。
图9是示出第1实施方式涉及的电源装置的第7工作例的电路图。
图10是示出第1实施方式涉及的电源装置的第8工作例的电路图。
图11是示出第1实施方式涉及的电源装置的第5～第8工作例的时序图。
图12是示出第2实施方式涉及的电源装置的第1工作例的电路图。
图13是示出第2实施方式涉及的电源装置的第2工作例的电路图。
图14是示出第2实施方式涉及的电源装置的第3工作例的电路图。
图15是示出第2实施方式涉及的电源装置的第4工作例的电路图。
图16是示出第2实施方式涉及的电源装置的第1～第4工作例的时序图。
图17是示出第2实施方式涉及的电源装置的第5工作例的电路图。
图18是示出第2实施方式涉及的电源装置的第6工作例的电路图。
图19是示出第2实施方式涉及的电源装置的第7工作例的电路图。
图20是示出第2实施方式涉及的电源装置的第8工作例的电路图。
图21是示出第2实施方式涉及的电源装置的第5～第8工作例的时序图。
符号说明
10 直流电源
20 开关电路
Q1 FET(第1半导体开关元件)
Q2 FET(第2半导体开关元件)
Q3 FET(第3半导体开关元件)
Q4 FET(第4半导体开关元件)
d1、d2、d3、d4 漏极端子(第1漏极端子～第4漏极端子)
s1、s2、s3、s4 源极端子(第1源极端子～第4源极端子)
TR 变压器
TR1 1次绕组
TR2 2次绕组
Lm 泄漏电感器(电感器)
30、30A 整流电路
40 平滑电路
L 线圈
C 电容器
50 电流检测部
60 控制部
具体实施方式
参照附图对用于实施本发明的方式(实施方式)进行详细说明。本发明并不被以下的实施方式所记载的内容限定。另外，在以下所记载的构成要素中包含本领域技术人员能够容易想到的要素、实质上相同的要素。而且，以下所记载的结构能够适当组合。另外，能够在不脱离本发明的主旨的范围内进行结构的各种省略、置换或变更。
[实施方式]
参照附图对第1实施方式涉及的电源装置1进行说明。图1是示出第1实施方式涉及的电源装置1的结构例的电路图。电源装置1是对从直流电源10供给的电力的电压进行变压并向负载部(省略图示)供给输出电压Vo的电力的DC/DC转换器。电源装置1例如是相位移全桥式的绝缘型DC/DC转换器。如图1所示，电源装置1具备直流电源10、开关电路20、变压器TR、整流电路30、平滑电路40、电流检测部50以及控制部60。
直流电源10供给直流电力。直流电源10构成为包含多个电池单元。多个电池单元相互串联连接。直流电源10与开关电路20连接，向该开关电路20供给直流电力。
开关电路20将直流电力转换为交流电力。开关电路20构成为包含4个开关元件。开关电路20例如构成为包含FET(Field-effect transistor；场效应晶体管)Q1、FET Q2、FETQ3以及FET Q4，构成全桥电路。FET Q1～Q4例如是N沟道型的MOS(Metal-Oxide-Semiconductor：金属氧化物半导体)FET。
开关电路20中，FET Q1的源极端子s1与FET Q2的漏极端子d2连接，FET Q3的源极端子s3与FET Q4的漏极端子d4连接。另外，开关电路20中，FET Q1的漏极端子d1和FET Q3的漏极端子d3连接，FET Q2的源极端子s2和FET Q4的源极端子s4连接。另外，开关电路20中，将FET Q1的漏极端子d1与FET Q3的漏极端子d3连接的连接线和直流电源10的正极连接，将FET Q2的源极端子s2与FET Q4的源极端子s4连接的连接线和直流电源10的负极连接。另外，开关电路20中，将FET Q1的源极端子s1与FET Q2的漏极端子d2连接的连接线和后述的1次绕组TR1的一端连接，将FET Q3的源极端子s3与FET Q4的漏极端子d4连接的连接线和1次绕组TR1的另一端连接。在此，FET Q3、Q4是后述的电流不连续模式时的软开关控制的对象的开关元件，如上所述，在FET Q3、Q4的漏-源极端子(输入输出端子)的电位被调整的一侧的端子(FET Q3的源极端子s3以及FET Q4的漏极端子d4)连接有1次绕组TR1的另一端。软开关控制是将FET Q3、Q4的漏-源极端子的电位差调整为预先设定的设定电位差以下而使该FET Q3、Q4从截止切换为导通的控制。在此，设定电位差典型地为0V。稍后将描述软开关控制的细节。
如上述那样构成的开关电路20基于从控制部60输出的切换信号使FET Q1～Q4导通或截止，由此将从直流电源10供给的直流电力转换为交流电力，将转换后的交流电力向1次绕组TR1输出。另外，在开关电路20与直流电源10之间设置有平滑用的电容器C1。
变压器TR对交流电力的电压进行变压。变压器TR构成为包括1次绕组TR1和2次绕组TR2。1次绕组TR1和2次绕组TR2以相互绝缘的状态磁耦合。1次绕组TR1与开关电路20连接。具体而言，1次绕组TR1的一端连接于将FET Q1的源极端子s1与FET Q2的漏极端子d2连接的连接线，另一端连接于将FET Q3的源极端子s3与FET Q4的漏极端子d4连接的连接线。1次绕组TR1构成为包含不对变压起作用的泄漏电感器Lm。泄漏电感器Lm根据流过该泄漏电感器Lm的电流而蓄积电能(电力)，并释放所蓄积的电能。
2次绕组TR2与整流电路30连接。2次绕组TR2例如一端连接于将后述的整流电路30的FET Q7的源极端子s7和FET Q8的漏极端子d8连接的连接线，另一端连接于将FET Q5的源极端子s5和FET Q6的漏极端子d6连接的连接线。
变压器TR的极性为相同极性，变压的程度根据1次绕组TR1和2次绕组TR2的匝数比(变压比)确定。变压器TR对由开关电路20转换后的交流电力进行变压并输出到整流电路30。
整流电路30将交流电力整流为直流电力。整流电路30构成为包含4个开关元件，构成全桥电路。整流电路30例如构成为包含FET Q5、FET Q6、FET Q7和FET Q8，利用这些开关元件进行全波整流。FET Q5～Q8例如是N沟道型的MOSFET。
整流电路30中，FET Q5的源极端子s5和FET Q6的漏极端子d6连接，FET Q7的源极端子s7和FET Q8的漏极端子d8连接。另外，整流电路30中，FET Q5的漏极端子d5和FET Q7的漏极端子d7连接，FET Q6的源极端子s6和FET Q8的源极端子s8连接。另外，整流电路30中，将FET Q5的漏极端子d5与FET Q7的漏极端子d7连接的连接线被连接于平滑电路40的线圈L，将FET Q6的源极端子s6与FET Q8的源极端子s8连接的连接线被接地。另外，整流电路30中，将FET Q5的源极端子s5与FET Q6的漏极端子d6连接的连接线和2次绕组TR2的一端连接，将FET Q7的源极端子s7与FET Q8的漏极端子d8连接的连接线和2次绕组TR2的另一端连接。
如上述那样构成的整流电路30基于从控制部60输出的切换信号使FET Q5～Q8导通或截止，由此将由变压器TR变压后的交流电力整流为直流电力，将整流后的直流电力输出到平滑电路40。
平滑电路40使整流后的直流电力平滑。平滑电路40构成为包括线圈L和电容器C。线圈L与整流电路30串联连接。具体而言，线圈L的一端被连接于将FET Q5的漏极端子d5与FET Q7的漏极端子d7连接的连接线，另一端被连接于负载部。电容器C设置在线圈L的后段(负载部侧)，与整流电路30并联连接。平滑电路40的线圈L及电容器C使由整流电路30整流后的直流电力平滑，并将平滑后的直流电力输出至负载部。
电流检测部50检测电流。电流检测部50设置在平滑电路40与负载部之间，检测从平滑电路40向负载部输出的电流。电流检测部50与控制部60连接，将检测出的电流值向控制部60输出。
控制部60输出切换信号来控制开关电路20以及整流电路30。控制部60与电流检测部50、开关电路20以及整流电路30电连接。控制部60基于电流检测部50的检测结果来控制开关电路20以及整流电路30。
例如在由电流检测部50检测出的电流值超过预先设定的基准电流值的情况下，即向负载部供给的电力相对较大、电流连续流向负载部的电流连续模式的情况下，控制部60通过泄漏电感器Lm的作用使软开关控制的对象的FET Q3、Q4从截止切换为导通。具体而言，控制部60在该电流连续模式的情况下，通过在泄漏电感器Lm中蓄积的电能使软开关控制的对象的FET Q3、Q4的漏-源极端子的电位差调整为预先设定的设定电位差以下，使该软开关控制的对象的FET Q3、Q4从截止切换为导通。在此，上述设定电位差典型地为0V。
另一方面，在由电流检测部50检测出的电流值为预先设定的基准电流值以下的情况下，即向负载部供给的电力相对较小、电流不连续地流向负载部的电流不连续模式的情况下，蓄积于漏电电感器Lm的电能不足，因此控制部60难以利用该漏电电感器Lm进行FETQ3、Q4的软开关控制。因此，控制部60使用蓄积在2次侧的平滑电路40中的电力来进行FETQ3、Q4的软开关控制。具体而言，在电流不连续模式的情况下，控制部60使由于平滑电路40的线圈L以及电容器C的谐振而逆流的电流经由整流电路30而流向2次绕组TR2，利用流过2次绕组TR2的电流使电流流向1次绕组TR1，从而使软开关控制的对象的FET Q3、Q4的漏-源极端子的电位差成为设定电位差以下，使该软开关控制的对象的FET Q3、Q4从截止切换为导通。
接着，对电源装置1的动作进行详细说明。图2是示出电源装置1的第1工作例的电路图。图3是示出电源装置1的第2工作例的电路图。图4是示出电源装置1的第3工作例的电路图。图5是示出电源装置1的第4工作例的电路图。图6是示出电源装置1的第1～第4工作例的时序图。在图2～图6所示的例子中，针对向负载部供给的电力相对较小、电流不连续地流向负载部的电流不连续模式的情况进行说明。
在电源装置1中，控制部60在电流不连续模式的情况下，例如，如图2、图6所示，通过使FET Q1、Q3、Q5～Q8导通且使FET Q2、Q4截止，从而在包含1次绕组TR1以及开关电路20在内的1次侧电路和包含2次绕组TR2以及整流电路30在内的2次侧电路中，进行切换电流路径的工作即换流工作(图6所示的工作期间T1)。此时，如图6所示，在工作期间T1，0V的电压VTR1施加于1次绕组TR1，负的电流ITR1流向1次绕组TR1，正的电流IL流向平滑电路40的线圈L。
在FET Q1～Q8的导通/截止与上述工作期间T1相同的状态下，在与工作期间T1连续的工作期间T2，控制部60将0V的电压VTR1施加于1次绕组TR1，比工作期间T1小的负的电流ITR1流向1次绕组TR1，逆流后的负的电流IL流向平滑电路40的线圈L(参照图3)。在此，在工作期间T2，由于是供给至负载部的电力相对较小的电流不连续模式，因此平滑电路40的线圈L及电容器C谐振而流向线圈L的电流逆流，其结果，负的电流IL从电容器C流向线圈L。
控制部60通过利用由上述逆流产生的负的电流IL而使电流流向1次侧电路，在电流不连续模式下与能量不足的泄漏电感器Lm一起进行软开关控制。控制部60例如如图4所示，通过使FET Q3、Q6、Q7截止，使由于线圈L及电容器C的谐振而逆流的负的电流IL经由整流电路30流向2次绕组TR2。然后，控制部60利用流过2次绕组TR2的负的电流IL以及泄漏电感器Lm的能量使电流流向1次绕组TR1(对1次绕组TR1施加电压VTR1)。由此，控制部60降低软开关控制的对象的FET Q4的漏极端子d4的电压，将FET Q4的漏极端子d4和源极端子s4的电位差调整为设定电位差以下(工作期间T3)。即，控制部60对FET Q4的寄生电容的电荷进行放电，并且对FET Q3的寄生电容的电荷进行充电。然后，如图5所示，控制部60使软开关控制的对象的FET Q4从截止切换为导通，从直流电源10向负载部供给电力(工作期间T4)。在工作期间T4，正的电流ITR1流向1次绕组TR1，流向线圈L的电流IL开始从负切换为正。由此，控制部60在电流不连续模式的情况下，能够使用蓄积于2次侧的平滑电路40中的电力来进行FET Q4的软开关控制。
接着，对在电流不连续模式时使软开关控制的对象的FET Q3从截止切换为导通的例子进行说明。图7是示出电源装置1的第5工作例的电路图。图8是示出电源装置1的第6工作例的电路图。图9是示出电源装置1的第7工作例的电路图。图10是示出电源装置1的第8工作例的电路图。图11是示出电源装置1的第5～第8工作例的时序图。
在电源装置1中，控制部60在电流不连续模式的情况下，例如，如图7、图11所示，通过使FET Q2、Q4、Q5～Q8导通并且使FET Q1、Q3截止，从而在包含1次绕组TR1以及开关电路20在内的1次侧电路和包含2次绕组TR2以及整流电路30在内的2次侧电路中，进行切换电流的路径的工作即换流工作(图7所示的工作期间T1)。此时，如图11所示，在工作期间T1，0V的电压VTR1施加于1次绕组TR1，正的电流ITR1流向1次绕组TR1，正的电流IL流向平滑电路40的线圈L。
在FET Q1～Q8的导通/截止与图11的上述工作期间T1相同的状态下，在与工作期间T1连续的工作期间T2，控制部60将0V的电压VTR1施加于1次绕组TR1，比工作期间T1小的正的电流ITR1流向1次绕组TR1，逆流后的负的电流IL流向平滑电路40的线圈L。在此，在工作期间T2，由于是供给至负载部的电力相对较小的电流不连续模式，因此平滑电路40的线圈L及电容器C谐振而流向线圈L的电流发生逆流，其结果，负的电流IL从电容器C流向线圈L。
控制部60通过利用由上述逆流产生的负的电流IL使电流流向1次侧电路，在电流不连续模式下与能量不足的泄漏电感器Lm一起进行软开关控制。例如，如图9所示，控制部60通过使FET Q4、Q5、Q8截止，从而使由于线圈L以及电容器C的谐振而逆流的负的电流IL经由整流电路30而流向2次绕组TR2。然后，控制部60利用流过2次绕组TR2的负的电流IL以及泄漏电感器Lm的能量使电流流向1次绕组TR1(对1次绕组TR1施加电压VTR1)。由此，控制部60提高软开关控制的对象的FET Q3的源极端子s3的电压，将FET Q3的漏极端子d3和源极端子s3的电位差调整为设定电位差以下(工作期间T3)。即，控制部60对FET Q3的寄生电容的电荷进行充电，并且对FET Q4的寄生电容的电荷进行放电。然后，如图10所示，控制部60使软开关控制的对象的FET Q3从截止切换为导通，从直流电源10向负载部供给电力(工作期间T4)。在工作期间T4，负的电流ITR1流向1次绕组TR1，在线圈L中流动的电流IL从负开始切换为正。
如上所述，第1实施方式所涉及的电源装置1具备直流电源10、开关电路20、整流电路30、平滑电路40、电流检测部50以及控制部60。直流电源10供给直流电力。开关电路20具有将由直流电源10供给的直流电力转换为交流电力的多个FET Q1～Q4。变压器TR具有对由开关电路20转换后的交流电力进行变压的1次绕组TR1和2次绕组TR2，1次绕组TR1与开关电路20连接。整流电路30与2次绕组TR2连接，将由变压器TR变压后的交流电力整流为直流电力。平滑电路40具有使由整流电路30整流后的直流电力平滑的线圈L及电容器C。电流检测部50检测由平滑电路40平滑后的直流电力的电流。控制部60基于电流检测部50的检测结果来控制开关电路20以及整流电路30，进行将FET Q1～Q4的漏-源极端子的电位差调整为预先设定的设定电位差以下并使该FET Q1～Q4从截止切换为导通的软开关控制。上述1次绕组TR1与软开关控制的对象的FET Q3、Q4的漏-源极端子中的调整该漏-源极端子的电位的一侧的端子即源极端子s3以及漏极端子d4连接。控制部60在由电流检测部50检测出的电流值为预先设定的基准电流值以下的情况下，使由于线圈L以及电容器C的谐振而逆流的电流经由整流电路30流向2次绕组TR2，利用流过2次绕组TR2的电流使电流流向1次绕组TR1，由此使软开关控制的对象的FET Q3、Q4的漏-源极端子的电位差成为设定电位差以下，使该软开关控制的对象的FET Q3、Q4从截止切换为导通。
通过该结构，即使在流向负载部的电流相对较小的电流不连续模式的情况下，电源装置1也能够在FET Q3、Q4的漏-源极端子的电位差为0V的状态下切换FET Q3、Q4。由此，电源装置1在电流不连续模式的情况下能够适当地进行零电压开关(ZVS；Zero VoltageSwitching)，其结果，能够抑制开关损耗。另外，电源装置1能够在不增加新的部件的情况下进行电流不连续模式下的软开关控制，因此能够抑制由部件引起的发热的增加，能够容易地实现高频化。而且，电源装置1能够通过高频化而使变压器TR等磁性部件小型化，其结果，能够使装置小型化。电源装置1能够通过控制方式的变更来进行电流不连续模式下的软开关控制，因此能够抑制制造成本的增加。
上述电源装置1还具备与1次绕组TR1连接的漏电感器Lm。控制部60在由电流检测部50检测出的电流值超过基准电流值的情况下，通过泄漏电感器Lm的作用将软开关控制的对象的FET Q3、Q4的漏-源极端子的电位差调整为设定电位差以下，使该软开关控制的对象的FET Q3、Q4从截止切换为导通。根据该结构，电源装置1在流向负载部的电流相对大的电流连续模式的情况下，能够在FET Q3、Q4的漏-源极端子的电位差为0V的状态下切换FETQ3、Q4。由此，电源装置1在电流连续模式的情况下能够适当地进行零电压开关(ZVS)，其结果，能够抑制开关损耗。
在上述电源装置1中，开关电路20具有FET Q1、FET Q2、FET Q3以及FET Q4。在开关电路20中，FET Q1的源极端子s1与FET Q2的漏极端子d2连接，FET Q3的源极端子s3与FETQ4的漏极端子d4连接。此外，在开关电路20中，FET Q1的漏极端子d1与FET Q3的漏极端子d3连接，FET Q2的源极端子s2与FET Q4的源极端子s4连接。另外，开关电路20中，将漏极端子d1和漏极端子d3连接的连接线与直流电源10的正极连接，将源极端子s2和源极端子s4连接的连接线与直流电源10的负极连接。另外，开关电路20中，将源极端子s1与漏极端子d2连接的连接线和1次绕组TR1的一端连接，将源极端子s3与漏极端子d4连接的连接线和1次绕组TR1的另一端连接。控制部60在从已将FET Q1及FET Q3导通且已将FET Q2及FET Q4截止的状态将FET Q3截止且将软开关控制的对象的FET Q4导通时，在由电流检测部50检测出的电流值为基准电流值以下的情况下，在使FET Q3截止后，使由于线圈L及电容器C的谐振而逆流的电流经由整流电路30而流向2次绕组TR2。然后，控制部60通过流过2次绕组TR2的电流使电流流向1次绕组TR1，从而降低软开关控制的对象的FET Q4的漏极端子d4的电压，将FETQ4的漏极端子d4和源极端子s4的电位差调整为设定电位差以下，使软开关控制的对象的FET Q4从截止切换为导通。根据该结构，即使在流向负载部的电流相对较小的电流不连续模式的情况下，电源装置1也能够在FET Q4的漏-源极端子的电位差为0V的状态下切换FETQ4。由此，电源装置1在电流不连续模式的情况下能够适当地进行FET Q4的零电压开关(ZVS)，其结果，能够抑制开关损耗。
在上述电源装置1中，控制部60在从已将FET Q2以及FET Q4导通且已将FET Q1以及FET Q3截止的状态而将FET Q4截止且将软开关控制的对象的FET Q3导通时，在由电流检测部50检测出的电流值为基准电流值以下的情况下，在使FET Q4截止之后，使由于线圈L以及电容器C的谐振而逆流的电流经由整流电路30流向2次绕组TR2。然后，控制部60利用流过2次绕组TR2的电流使电流流向1次绕组TR1，由此提高软开关控制的对象的FET Q3的源极端子s3的电压，将FET Q3的漏极端子d3和源极端子s3的电位差调整为设定电位差以下，使软开关控制的对象的FET Q3从截止切换为导通。根据该结构，即使在流向负载部的电流相对较小的电流不连续模式的情况下，电源装置1也能够在FET Q3的漏-源极端子的电位差为0V的状态下切换FET Q3。由此，电源装置1在电流不连续模式的情况下能够适当地进行FET Q3的零电压开关(ZVS)，其结果，能够抑制开关损耗。
[第2实施方式]
接着，对第2实施方式涉及的电源装置1A进行说明。另外，在第2实施方式中，对与第1实施方式相同的结构要素标注相同的附图标记，并省略其详细的说明。第2实施方式涉及的电源装置1A在具备使用了变压器TR的中心抽头CT的整流电路30A这一点上与第1实施方式涉及的电源装置1不同。
如图12所示，变压器TR在2次绕组TR2的中央设置有中心抽头CT。中心抽头CT连接到平滑电路40的线圈L。
整流电路30A构成为包含FET Q9和FET Q10，通过这些开关元件进行全波整流。FETQ9、Q10例如是N沟道型的MOSFET。
整流电路30A中，FET Q9的漏极端子d9与2次绕组TR2的一端连接，FET Q9的源极端子s9接地。另外，整流电路30A中，FET Q10的漏极端子d10与2次绕组TR2的另一端连接，FETQ10的源极端子s10接地。整流电路30A基于从控制部60输出的切换信号而使FET Q9、Q10导通或截止，由此将由变压器TR变压后的交流电力整流为直流电力，将整流后的直流电力输出到平滑电路40。
接着，对电源装置1A的动作进行详细说明。图12是表示第2实施方式涉及的装置1A的第1工作例的电路图。图13是表示第2实施方式涉及的装置1A的第2工作例的电路图。图14是表示第2实施方式涉及的装置1A的第3工作例的电路图。图15是表示第2实施方式涉及的装置1A的第4工作例的电路图。图16是表示第2实施方式涉及的装置1A的第1～第4工作例的时序图。在图12～图16所示的例子中，对向负载部供给的电力相对较小、电流不连续地流向负载部的电流不连续模式的情况进行说明。
在电源装置1A中，控制部60在电流不连续模式的情况下，例如，如图12、图16所示，通过使FET Q1、Q3、Q9、Q10导通且使FET Q2、Q4截止，从而在包含1次绕组TR1以及开关电路20在内的1次侧电路和包含2次绕组TR2以及整流电路30A在内的2次侧电路中，进行切换电流的路径的工作即换流工作(图16所示的工作期间T1)。此时，如图16所示，在工作期间T1，0V的电压VTR1施加于1次绕组TR1，负的电流ITR1流向1次绕组TR1，正的电流IL流向平滑电路40的线圈L。
在FET Q1～Q4、Q9、Q10的导通/截止与上述工作期间T1相同的状态下，在与工作期间T1连续的工作期间T2，控制部60将0V的电压VTR1施加于1次绕组TR1，比工作期间T1小的负的电流ITR1流向1次绕组TR1，逆流后的负的电流IL流向平滑电路40的线圈L(参照图13)。在此，在工作期间T2，由于是供给至负载部的电力相对较小的电流不连续模式，因此平滑电路40的线圈L及电容器C谐振而流向线圈L的电流发生逆流，其结果，负的电流IL从电容器C流向线圈L。
控制部60利用由上述逆流产生的负的电流IL使电流流向1次侧电路，从而在电流不连续模式下与能量不足的泄漏电感器Lm一起进行软开关控制。例如，如图14所示，控制部60通过使FET Q3、Q9截止，从而使由于线圈L以及电容器C的谐振而逆流的负的电流IL经由整流电路30A而在2次绕组TR2的一端与中心抽头CT之间流动。然后，控制部60利用流过2次绕组TR2的负的电流IL以及泄漏电感器Lm的能量使电流流向1次绕组TR1(对1次绕组TR1施加电压VTR1)。由此，控制部60降低软开关控制的对象的FET Q4的漏极端子d4的电压，将FETQ4的漏极端子d4和源极端子s4的电位差调整为设定电位差以下(工作期间T3)。然后，如图15所示，控制部60使软开关控制的对象的FET Q4从截止切换为导通，从直流电源10向负载部供给电力(工作期间T4)。在工作期间T4，正的电流ITR1流向1次绕组TR1，流向线圈L的电流IL开始从负切换为正。由此，控制部60在电流不连续模式的情况下，能够使用蓄积于2次侧的平滑电路40的电力来进行FET Q4的软开关控制。
接着，对在电流不连续模式时使软开关控制的对象的FET Q3从截止切换为导通的例子进行说明。图17是表示第2实施方式涉及的电源装置1A的第5工作例的电路图。图18是表示第2实施方式涉及的电源装置1A的第6工作例的电路图。图19是表示第2实施方式涉及的电源装置1A的第7工作例的电路图。图20是表示第2实施方式涉及的电源装置1A的第8工作例的电路图。图21是表示第2实施方式涉及的电源装置1A的第5～第8工作例的时序图。
在电源装置1A中，控制部60在电流不连续模式的情况下，例如，如图17、图21所示，通过使FET Q2、Q4、Q9、Q10导通且使FET Q1、Q3截止，从而在包含1次绕组TR1以及开关电路20在内的1次侧电路和包含2次绕组TR2以及整流电路30A在内的2次侧电路中，进行切换电流的路径的工作即换流工作(图17所示的工作期间T1)。此时，如图21所示，在工作期间T1，0V的电压VTR1施加于1次绕组TR1，正的电流ITR1流向1次绕组TR1，正的电流IL流向平滑电路40的线圈L。
在FET Q1～Q4、Q9、Q10的导通/截止与图21的上述工作期间T1相同的状态下，在与工作期间T1连续的工作期间T2，控制部60将0V的电压VTR1施加于1次绕组TR1，比工作期间T1小的正的电流ITR1流向1次绕组TR1，逆流后的负的电流IL流向平滑电路40的线圈L。在此，在工作期间T2，由于是供给至负载部的电力相对较小的电流不连续模式，因此平滑电路40的线圈L及电容器C谐振而流向线圈L的电流发生逆流，其结果，负的电流IL从电容器C流向线圈L。
控制部60利用由上述逆流产生的负的电流IL使电流流向1次侧电路，从而在电流不连续模式下与能量不足的泄漏电感器Lm一起进行软开关控制。例如，如图19所示，控制部60通过使FET Q4、Q10截止，使由于线圈L及电容器C的谐振而逆流的负的电流IL经由整流电路30A在2次绕组TR2的另一端与中心抽头CT之间流动。然后，控制部60利用流过2次绕组TR2的负的电流IL以及泄漏电感器Lm的能量使电流流向1次绕组TR1(对1次绕组TR1施加电压VTR1)。由此，控制部60提高软开关控制的对象的FET Q3的源极端子s3的电压，将FET Q3的漏极端子d3和源极端子s3的电位差调整为设定电位差以下(工作期间T3)。然后，如图20所示，控制部60使软开关控制的对象的FET Q3从截止切换为导通从直流电源10向负载部供给电力(工作期间T4)。在工作期间T4，负的电流ITR1流向1次绕组TR1，流向线圈L的电流IL开始从负切换为正。
如上所述，第2实施方式涉及的电源装置1A即使在具备使用了变压器TR的中心抽头CT的整流电路30A的情况下，在流向负载部的电流相对小的电流不连续模式的情况下，也能够在FET Q3、Q4的漏-源极端子的电位差为0V的状态下切换FET Q3、Q4。由此，电源装置1A在电流不连续模式的情况下能够适当地进行零电压开关(ZVS；Zero Voltage Switching)，其结果，能够抑制开关损耗。
此外，在上述说明中，对FET Q1～Q8为N沟道型的MOSFET的例子进行了说明，但并不限定于此，也可以是P沟道型的MOSFET、IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor：绝缘栅双极晶体管)等其他开关元件。
开关电路20对构成具备4个开关元件的全桥电路的例子进行了说明，但并不限定于此，也可以是其他结构。
整流电路30对构成具备4个开关元件的全桥电路的例子进行说明，整流电路30A对利用变压器TR的中心抽头CT的结构进行了说明，但不限于此，也可以是其他整流电路的结构。

Claims (4)

1.一种电源装置，其特征在于，具备：
直流电源，所述直流电源供给直流电力；
开关电路，所述开关电路具有多个半导体开关元件，所述半导体开关元件将由所述直流电源供给的所述直流电力转换为交流电力；
变压器，所述变压器具有对利用所述开关电路转换后的所述交流电力进行变压的1次绕组和2次绕组，所述1次绕组与所述开关电路连接；
整流电路，所述整流电路与所述2次绕组连接，将利用所述变压器变压后的交流电力整流成直流电力；
平滑电路，所述平滑电路具有使利用所述整流电路整流后的所述直流电力平滑的线圈和电容器；
电流检测部，所述电流检测部对利用所述平滑电路平滑后的直流电力的电流进行检测；以及
控制部，所述控制部基于所述电流检测部的检测结果来控制所述开关电路和所述整流电路并且进行软开关控制，所述软开关控制将所述半导体开关元件的输入输出端子的电位差调整为预定的设定电位差以下，以使该半导体开关元件从截止切换为导通，
所述1次绕组与所述软开关控制的对象的所述半导体开关元件的所述输入输出端子中的、该输入输出端子的电位被调整的一侧的端子连接，
在由所述电流检测部检测到的电流值为预定的基准电流值以下的情况下，所述控制部使由于所述线圈和所述电容器的谐振而逆流的电流经由所述整流电路而流向所述2次绕组，利用流过所述2次绕组的电流使电流流向所述1次绕组，从而将所述软开关控制的对象的所述半导体开关元件中的输入输出端子的电位差成为所述设定电位差以下，以使该软开关控制的对象的所述半导体开关元件从截止切换为导通。
2.如权利要求1所述的电源装置，其特征在于，
所述电源装置还具备与所述1次绕组连接的电感器，
在利用所述电流检测部检测出的电流值超过所述基准电流值的情况下，所述控制部利用所述电感器的作用而将所述软开关控制的对象的所述半导体开关元件中的输入输出端子的电位差调整为所述设定电位差以下，以使该软开关控制的对象的所述半导体开关元件从截止切换为导通。
3.如权利要求1或2所述的电源装置，其特征在于，
所述开关电路中，作为多个所述半导体开关元件而具有第1半导体开关元件、第2半导体开关元件、第3半导体开关元件以及第4半导体开关元件，所述第1半导体开关元件的第1源极端子和所述第2半导体开关元件的第2漏极端子连接，所述第3半导体开关元件的第3源极端子和所述第4半导体开关元件的第4漏极端子连接，所述第1半导体开关元件的第1漏极端子和所述第3半导体开关元件的第3漏极端子连接，所述第2半导体开关元件的第2源极端子和所述第4半导体开关元件的第4源极端子连接，将所述第1漏极端子与所述第3漏极端子连接的连接线和所述直流电源的正极连接，将所述第2源极端子与所述第4源极端子连接的连接线和所述直流电源的负极连接，将所述第1源极端子与所述第2漏极端子连接的连接线和所述1次绕组的一端连接，将所述第3源极端子与所述第4漏极端子连接的连接线和所述1次绕组的另一端连接，
在从已将所述第1半导体开关元件和所述第3半导体开关元件导通且已将所述第2半导体开关元件和所述第4半导体开关元件截止的状态而将所述第3半导体开关元件截止且将所述软开关控制的对象的所述第4半导体开关元件导通时，在利用所述电流检测部检测出的电流值在所述基准电流值以下的情况下，所述控制部使所述第3半导体开关元件截止，并使由于所述线圈及所述电容器的谐振而逆流的电流经由所述整流电路而流向所述2次绕组，利用流过所述2次绕组的电流使电流流向所述1次绕组，从而使所述软开关控制的对象的所述第4半导体开关元件的所述第4漏极端子的电压下降，并将所述第4漏极端子和所述第4源极端子的电位差调整为所述设定电位差以下，以使所述软开关控制的对象的所述第4半导体开关元件从截止切换为导通。
4.如权利要求1～3中任一项所述的电源装置，其特征在于，
所述开关电路中，作为多个所述半导体开关元件而具有第1半导体开关元件、第2半导体开关元件、第3半导体开关元件以及第4半导体开关元件，所述第1半导体开关元件的第1源极端子和所述第2半导体开关元件的第2漏极端子连接，所述第3半导体开关元件的第3源极端子和所述第4半导体开关元件的第4漏极端子连接，所述第1半导体开关元件的第1漏极端子和所述第3半导体开关元件的第3漏极端子连接，所述第2半导体开关元件的第2源极端子和所述第4半导体开关元件的第4源极端子连接，将所述第1漏极端子与所述第3漏极端子连接的连接线和所述直流电源的正极连接，将所述第2源极端子与所述第4源极端子连接的连接线和所述直流电源的负极连接，将所述第1源极端子与所述第2漏极端子连接的连接线和所述1次绕组的一端连接，将所述第3源极端子与所述第4漏极端子连接的连接线和所述一次绕组的另一端连接，
在从已将所述第2半导体开关元件以及所述第4半导体开关元件导通且已将所述第1半导体开关元件以及所述第3半导体开关元件截止的状态而将所述第4半导体开关元件截止且将所述软开关控制的对象的所述第3半导体开关元件导通时，在由所述电流检测部检测出的电流值为所述基准电流值以下的情况下，所述控制部将所述第4半导体开关元件截止，并使由于所述线圈及所述电容器的谐振而逆流的电流经由所述整流电路而流向所述2次绕组，利用流过所述2次绕组的电流使电流流向所述1次绕组，从而使所述软开关控制的对象的所述第3半导体开关元件的所述第3源极端子的电压上升，并将所述第3漏极端子和所述第3源极端子的电位差调整为所述设定电位差以下，以使所述软开关控制的对象的所述第3半导体开关元件从截止切换为导通。
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